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原文传递新型Nb-Ti/V复合微合金化高强度船板钢组织演变与性能优化研究

论文题名：	新型Nb-Ti/V复合微合金化高强度船板钢组织演变与性能优化研究
关键词：	显微组织;力学性能;Nb-Ti/V复合微合金;船板钢
摘要：	随着现代造船业的快速发展，船体大型化、轻量化已成为各国造船业的主要发展方向，对船板用钢的性能要求越来越高，因此各国争相研究开发强度级别高，综合性能好，且具有良好的焊接和加工成型性的微合金化船用钢板。目前，采用微合金化(Microalloying)及控轧控冷技术(TMCP)是生产高强度船板钢的主要方法。本课题本着节约资源和降低成本的理念，在16Mn钢的基础上采用Nb-Ti和Nb-V复合添加的合金化方法，设计并开发出Nb-Ti和Nb-V两种强度级别为D36和E40的高强度船板钢，并对其Nb-Ti或Nb-V复合微合金化钢连续冷却相变和组织演变规律、强韧性及焊接性能等进行了研究，探讨了高温变形，冷却速率对其相变、组织和性能的影响，取得的主要研究结果如下: 　　1、根据高强度船板钢的力学性能要求及钢的微合金化原理，选择Mn、Si为主要合金元素，Nb、Ti或Nb、V为微合金化元素且复合添加，经熔炼和连铸获得250mm厚板坯，再分别经粗轧和精轧成30mm厚度的钢板，获得Nb-Ti和Nb-V两种成分不同且纯净度较好的船板用钢，热轧状态和正火状态的强度级别均满足D36级和E40级的要求。　　2、通过静态和动态热模拟实验和组织分析，分别获得了Nb-Ti和Nb-V微合金化钢的静态和动态CCT曲线。结果表明:在连续冷却过程中两种钢均经历四个转变区，高温下A→F转变，在中温下的A→P和A→B转变及较低温度下的A→M转变，但Nb-Ti钢的相变开始和结束温度均高于Nb-V钢;热变形明显提高了奥氏体向先共析铁素体的转变温度且缩短转变孕育期。　　3、静态和动态奥氏体连续冷却转变组织分析和硬度测试表明:①通过控制变形和冷速，Nb-Ti和Nb-V复合微合金化钢均可得到均匀细小的复相组织;②未变形条件下，低冷速得到针状铁素体、多边形铁素体、粒状贝氏体的混合组织，高冷速得到贝氏体和马氏体;而变形条件下，低冷速得到多边形铁素体和珠光体，高冷速得到针状铁素体、贝氏体和马氏体;③变形与未变形条件下，两种钢的硬度值均呈先快速增长后缓慢增长变化趋势;与未变形比较，相同的冷速下变形钢的硬度值较高。　　4、利用XRD、EDS、SEM和TEM等分析技术对Nb-Ti和Nb-V微合金化钢的物相、夹杂物和析出相等进行了表征，结果表明，微合金钢中主要为立方铁素体相，通过复合添加Nb、Ti和Nb、V微合金元素，能够与钢中的C、N元素形成细小碳氮化物，抑制奥氏体晶粒长大和再结晶，达到析出强化的效果;微合金钢中还存在少量夹杂物，主要为硫化物，还有其他以Si、Mn以及Ca的复合型夹杂物。　　5、拉伸试验结果表明:正火状态下，Nb-Ti和Nb-V钢抗拉强度分别达到621MPa和721MPa，水冷和冰冷状态下，两种钢的抗拉强度均达到863MPa以上;冲击试验结果表明，正火态两种钢不仅室温冲击功分别达到166J和169J，在-20℃低温下也表现出较好的韧性（冲击功分别为144J和140J），直到-40℃才出现脆性断裂;SEM断口分析表明，韧性随温度的变化与断口形貌相吻合。经比较可知，研制出的Nb-Ti和Nb-V复合微合金化钢的强韧性明显优于16Mn钢。研究还发现，对980℃正火后进行淬火的两种钢，通过适当温度回火(450℃)可有效提高钢的韧性，获得强韧性的最佳匹配。　　6、与16Mn钢进行对比，在相同冷却速度下，Nb-Ti和Nb-V微合金钢的显微组织晶粒更加细小，说明微合金元素的对晶粒的细化作用很显著。微合金钢的CCT曲线左移，A→F和A→P的孕育期变短，另外，添加微合金元素有利于F和B的析出，扩大B的形成区域，但是对P的转变有一定的阻碍作用，使P的形成区域变窄。　　7、焊接实验结果表明，Nb-Ti微合金钢具有良好的可焊接性;焊接电流越大，热影响区组织中铁素体含量越少，组织越细密，马氏体组分占比越多，使得Nb-Ti微合金钢的焊接区域有良好的综合性能。
作者：	李鑫
专业：	材料学
导师：	赵捷
授予学位：	硕士
授予学位单位：	天津理工大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文